CN107074606A - 用于精度和熔合质量玻璃管的制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造高质量玻璃管的方法，以及用于制造高质量玻璃管的设备。由于采用本文所述方法和设备制造的玻璃管基本不含被称作条状纹的光学缺陷，玻璃管可以被用于消费者电子器件的显示器。通过连续工艺制造玻璃管，其中，在转动的空心心轴的内表面上提供熔融玻璃流，从而玻璃涂覆了心轴的内表面并且在心轴的内表面上向下游流动，在该过程中，其发生冷却以提供较高的粘度。然后从心轴取出玻璃并拉制以获得玻璃管。还可以在心轴的外表面上提供熔融玻璃流，并且当玻璃流离开心轴时，与心轴的内表面上的玻璃流接合。本文的设备构造成采用该方法提供高质量的玻璃管。

Description

用于精度和熔合质量玻璃管的制造工艺

本申请根据35U.S.C.§119，要求2014年9月9日提交的美国临时申请系列第62/047,879号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

技术背景

本文涉及用于制造具有高光学透明度的玻璃管的方法和设备，更具体地，涉及配置成制造具有质朴内表面以及在一些实施方式中具有质朴外表面的玻璃管的方法和设备，该质朴表面不含条状纹缺陷。

发明内容

一个实施方式包括通过如下方式连续制造玻璃管的方法：在转动的空心心轴的内表面上提供熔融玻璃流以形成管预成形件，然后拉制预成形件以获得玻璃管。

另一个实施方式包括通过如下方式连续制造玻璃管预成形件的方法：在转动的空心心轴的内表面上提供熔融玻璃流，以及从转动的空心心轴的下游部分取出熔融玻璃管预成形件。然后可以拉制玻璃管预成形件以提供玻璃管。

另一个实施方式包括通过如下方式连续制造玻璃管的方法：同时在(a)转动的空心心轴的内表面上提供熔融玻璃流和在(b)转动的空心心轴的外表面上提供熔融玻璃流；使两个流接合到一起以形成预成形件；以及然后拉制预成形件以获得玻璃管。心轴的内表面上的熔融玻璃和外表面上的熔融玻璃可以具有相同组成或者可以是不同组成。

另一个实施方式包括通过如下方式连续制造玻璃管预成形件的方法：同时在(a)转动的空心心轴的内表面上提供熔融玻璃流和在(b)转动的空心心轴的外表面上提供熔融玻璃流；将两者在心轴的下游部分接合到一起。然后可以拉制玻璃管预成形件以提供玻璃管。心轴的内表面上的熔融玻璃和外表面上的熔融玻璃可以具有相同组成或者可以是不同组成。

另一个实施方式包括通过如下方式连续制造玻璃管的方法：(a)在转动的空心心轴的内表面上提供熔融玻璃流，(b)在转动的空心心轴的外表面上提供熔融玻璃流，以及(c)在明显高于转动的空心心轴的外表面上的熔融玻璃流处提供熔融玻璃流；使流接合到一起以形成预成形件；以及然后拉制预成形件以获得玻璃管。心轴的内表面上的熔融玻璃和外表面上的熔融玻璃可以具有相同组成或者可以是不同组成。理想地，明显高于心轴的外表面上的熔融玻璃处的熔融玻璃的组成不同于心轴外表面上的熔融玻璃。

另一个实施方式包括通过如下方式连续制造玻璃管预成形件的方法：(a)在转动的空心心轴的内表面上提供熔融玻璃流，(b)在转动的空心心轴的外表面上提供熔融玻璃流，以及(c)在明显高于转动的空心心轴的外表面上的熔融玻璃流处提供熔融玻璃流；以及使流接合到一起以形成预成形件。然后可以拉制玻璃管预成形件以提供玻璃管。心轴的内表面上的熔融玻璃和外表面上的熔融玻璃可以具有相同组成或者可以是不同组成。理想地，明显高于心轴的外表面上的熔融玻璃处的熔融玻璃的组成不同于心轴外表面上的熔融玻璃。

另一个实施方式包括用于制造玻璃管预成形件的设备，其包括：空心心轴，用于使得空心心轴转动的装置，以及用于将熔融玻璃传递到空心心轴的内表面的传递装置。设备构造成使得熔融玻璃沿着心轴的内表面纵向流动，从传递点流到心轴下游端处的离开点。空心心轴可以是圆柱形或者圆锥形的。

另一个实施方式包括用于制造玻璃管预成形件的设备，其包括：空心心轴，用于使得空心心轴转动的装置，用于将熔融玻璃传递到空心心轴的内表面的传递装置，以及用于将熔融玻璃传递到空心心轴的外表面的传递装置。设备构造成使得熔融玻璃沿着心轴的内表面纵向流动，从传递点流到心轴下游端处的离开点。设备还构造成使得熔融玻璃沿着心轴的外表面纵向流动，从传递点流到心轴下游端处的离开点。

另一个实施方式包括用于制造玻璃管预成形件的设备，其包括：空心心轴，用于使得空心心轴转动的装置，以及用于将熔融玻璃传递到空心心轴的外表面的传递装置。设备构造成使得熔融玻璃沿着心轴的外表面纵向流动，从传递点流到心轴下游端处的离开点。设备还构造成使得经由如下方式使熔融玻璃传递到心轴的内表面：被传递到心轴的外表面的一部分熔融玻璃流动通过心轴壁中的一个或多个开口并流入空心心轴内部，在该内部中，其与空心心轴的内表面发生接触。设备构造成使得熔融玻璃沿着心轴的内表面纵向流动，从传递点流到心轴下游端处的离开点。

另一个实施方式包括用于制造玻璃管预成形件的设备，其包括：空心心轴，用于使得空心心轴转动的装置，以及用于将熔融玻璃传递到空心心轴的内表面的传递装置。设备构造成使得心轴的长轴与水平形成约为45度至约为90度之间的角度，以及其中，熔融玻璃沿着心轴的内表面从传递点纵向流动到心轴下游端的离开点。设备还构造成使得熔融玻璃所传递到达的心轴的内表面向内倾斜，所提供的相对于水平的角度小于纵轴形成的角度。

另一个实施方式包括用于制造玻璃管预成形件的设备，其包括：空心心轴，用于使得空心心轴转动的装置，用于将熔融玻璃传递到空心心轴的内表面的传递装置，以及用于将熔融玻璃传递到空心心轴的外表面的传递装置。设备构造成使得熔融玻璃沿着心轴的内表面纵向流动，从传递点流到心轴下游端处的离开点。设备还构造成使得熔融玻璃沿着心轴的外表面纵向流动，从传递点流到心轴下游端处的离开点。设备构造成使得心轴的长轴与水平形成约为45度至约为90度之间的角度。设备还构造成使得熔融玻璃所传递到达的心轴的内侧表面向内倾斜，所提供的相对于水平的角度小于纵轴形成的角度。设备还构造成使得熔融玻璃所传递到达的心轴的外表面向外倾斜，所提供的相对于水平的角度小于纵轴形成的角度。

在以下的详细描述中提出了本文的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的各种实施方式而被认识。

应理解，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。所附附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。

附图说明

图1是现有技术玻璃管的图像，证实由于条状纹缺陷所导致的图像变形。

图2是经受氙光影像的现有技术玻璃管的图像，证实了条状纹缺陷。

图3是根据本文所述方法的实施方式制备的玻璃管经受氙光影像的图像，证实了不含条状纹缺陷。

图4是用于制造玻璃管预成形件的设备实施方式的部分透视图。

图5是用于制造玻璃管预成形件的设备实施方式的部分透视图，其中，熔融玻璃可以在心轴的内侧表面上和心轴的外侧表面上流动。

图6是用于制造玻璃管预成形件的设备实施方式的部分透视图，其中，熔融玻璃可以在心轴的内侧表面上和心轴的外侧表面上流动。

图7A是用于制造玻璃管预成形件的设备实施方式的部分透视图，其中，熔融玻璃被传递到心轴的外侧表面，并流动通过心轴中的一个或多个开口到达心轴的内侧表面。

图7B是构造成用于例如图7A所示实施方式的心轴实施方式的透视图。

图8是用于制造玻璃管预成形件的设备实施方式的部分透视图，其中，心轴处于准垂直取向。

图9是用于制造玻璃管预成形件的设备实施方式的部分透视图，其中，熔融玻璃可以在心轴的内侧表面上和心轴的外侧表面上流动，以及其中，心轴处于准垂直取向。

图10是用于制造具有三层结构的玻璃管预成形件的设备实施方式的部分透视图。

图11显示用于形成玻璃管的方法的实施方式。

具体实施方式

下面详细参考某些实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部件。

高质量玻璃管

玻璃管被用于各种应用。例如，玻璃管被用于照明装置、太阳能集热器、化学蒸馏系统、流量计、药物包装和建筑设计。最值得注意的是，近年来，玻璃管被用于消费者电子器件。当用于消费者电子器件内的显示器时，重要的是玻璃不造成显示器上的图像发生变形。因此，至少对于这些应用，玻璃的光学透明度是极为重要的特性。

常规来说，通常采用Edward Danner于1917年发明和如美国专利第1,219,709号所述的工艺来制造玻璃管，其常被称为“Danner工艺”。在Danner工艺中，使熔融玻璃的连续流从传递装置分配到心轴的外表面上，所述心轴放置在绕其纵轴转动的钢轴上。心轴相对于水平是倾斜的，从而在重力的作用下，以及由于心轴的转动运动，熔融玻璃逐渐具有管形状。随着玻璃朝向下游端向下流过心轴，其逐渐冷却。在下游端处离开心轴之后，通过拉制机器水平拉制预成形的管，同时空气吹过管内侧。在Danner工艺中，与心轴发生接触的熔融玻璃(即，心轴与玻璃流的界面处的玻璃)继续形成玻璃管的内表面。

市售可得的玻璃管存在被称作是条状纹(paneling)的光学缺陷。当通过玻璃管或者一部分的玻璃管观察图像时，条状纹引起图像变形，例如图1所示类型。不希望受限于理论，认为条状纹缺陷是在玻璃管的制造过程中，由于熔融玻璃与其上发生熔融玻璃流动的制造设备的表面之间的相互作用所导致的。认为熔融玻璃在工具表面上的流动使得工具表面界面处的玻璃具有粗糙度，其留在最终的玻璃管产品的表面上。这些光学缺陷的去除会是昂贵且困难的，特别是当位于通常难以进行抛光的玻璃管的内表面上时。

通过采用本发明的方法和设备的实施方式来制造玻璃管，可以形成具有高的光学透明度的管。高的光学透明度指的是根据本发明实施方式制造的玻璃管没有由于条状纹缺陷所导致的人眼可见的变形。例如，根据本发明制造的玻璃管理想地会不含图像变形，例如图1所示的变形。

可以通过称作影像法的工艺来观察和测量条状纹。在影像法中，亮光穿透样品到达投射屏上。如果玻璃样品含有使光发生折射的区域，则这些区域会在投射屏上作为暗色区域是可见的。如图2所示，条状纹缺陷可见为一条或多条暗条纹。这些条纹的取向通常是玻璃管的纵向方向。通过将氙灯透射通过市售可得玻璃管的样品并透射到不透明的白色投射屏上，产生图2中的图像。

当通过影像法对玻璃管整体进行测试时，通过外表面、通过内表面的每一侧以及通过管的相对侧上的外表面来观察光透射。可以采用上文所述的相同的影像方法，用折射率匹配液体涂覆另一表面(即非测试表面)，来对玻璃管的特定表面的条状纹缺陷进行测试。折射率匹配液体使得通过经涂覆表面的光几乎不会有变形或者不会有变形。因此，通过影像法看到的任何变形缺陷都会归因于未涂覆的表面(即测试表面)。

折射率匹配液体的折射率应该类似于玻璃的折射率。因此，可以将硅油用作折射率匹配液体。将折射率匹配液体沉积到玻璃管的未测试表面上，不希望受限于理论，相信其填充了使得玻璃表面产生粗糙度的小空穴，从而提供了光滑和平滑的表面。

因此，通过用折射率匹配液体涂覆玻璃管的外部，可以对管的内表面进行条状纹缺陷测试。通常来说，发现通过Danner工艺制造的玻璃管的内表面含有条状纹缺陷。

发现采用本文所揭示的方法和设备实施方式来制造玻璃管可以提供至少内表面基本不含条状纹缺陷的玻璃管。理想地，玻璃管包括质朴内表面，即当采用影像法观察时，不含可见的条状纹缺陷。采用本发明实施方式进行制造，无需额外的加工或抛光来提供高光学质量的内表面。

根据本发明实施方式制造的玻璃管的样品经受上文所述的影像法。样品的外表面涂覆了硅油，其起到折射率匹配油的作用，从而对玻璃管的内表面进行了条状纹缺陷测试。结果如图3所示。值得注意的是，没有鉴别到条状纹缺陷。

本文所揭示的方法和设备的实施方式还可提供内表面基本不含条状纹缺陷并且外表面基本不含条状纹缺陷的玻璃管。理想地，玻璃管同时包括质朴内表面(不含条状纹缺陷的内表面)和质朴外表面(不含条状纹缺陷的外表面)。以这种方式，本文所揭示的方法和设备的实施方式可以提供基本不含条状纹缺陷的玻璃管。采用本发明实施方式进行制造，无需额外的加工来提供高光学质量的内表面和外表面。

采用本文所揭示的方法和设备的实施方式制造一些玻璃管，例如特别是可用于消费者电子器件的管材，可以具有如下外直径：约为1-100mm，或者约为5-80mm，或者约为10-60mm，或者约为10-50mm，或者约为10-40mm，或者约为10-30mm，或者约为10-20mm。这些管材的壁厚可以约为0.2-10mm，或者约为0.5-5mm，或者约为0.5-2mm。

本文所揭示的制造工艺和设备提供了对于玻璃管厚度的高水平控制。厚度控制通常是通过沿其长度在不同区段测量玻璃管壁的厚度并计算相对于所需厚度的变化来确定的。采用本文所揭示的方法和设备制造的玻璃管的厚度相对于所需厚度的变化可以小于5％。或者，采用本文所揭示的方法和设备制造的玻璃管的厚度相对于所需厚度的变化可以小于4％，或者小于3％，或者小于2％，以及，或者小于1％。

用于制造高质量玻璃管的设备

图4中显示了用于制造玻璃管预成形件的设备的一个实施方式，一般由附图标记10指代这种实施方式。设备10包括心轴12，心轴包括空心内部14，其受到心轴16的内表面的限定。心轴12还包括外表面18。在图4所示的实施方式中，心轴12的形状是圆柱形，其跨度是纵向地在上游端20和下游端22之间。下游端22有时也称作根部端。

心轴12是由耐高温材料制造的。因此，耐火材料，例如适用于构建常规Danner工艺中的心轴的那类耐火材料可用作心轴12的材料。例如，心轴12可以由氧化铝-硅酸盐制造。在一些实施方式中，心轴12还可在心轴的内表面16上包含铂包覆或者可在心轴的外表面18上包含铂包覆，或者同时在心轴的内外表面上包含铂包覆。

心轴12构造成使得重力会诱发熔融玻璃至少沿着位于心轴的上游端20或靠近心轴的上游端20处的传递点30与位于心轴的下游端22处的离开点之间的内表面16流动。因此，心轴12可以是倾斜的，从而使其纵轴28与水平轴形成角度α。角度α优选约为5°-90°。虽然不限于该使用，但是图4所示的心轴12可以特别适合用于约为5-60°的角度α。例如，在图4所示的实施方式中，角度α约为20°。

心轴12在根部端22处的直径对于确定设备上生产的玻璃管的直径起到关键作用。因此，可以对心轴12的直径，特别是心轴在根部端22处的直径，进行选择，以产生具有所需尺寸的玻璃管。在一些实施方式中，心轴在根部端的内直径(图4中标记为ID)可以约为80-500mm，或者约为100-400mm，或者约为100-300mm，或者约为100-250mm，或者约为100-220mm。

设备10还包括配置成使得心轴转动的装置24。转动装置24可包括本领域已知适合用于转动心轴的任意装置，例如可用于常规Danner工艺的那些。在一些实施方式中，例如如图4所示，装置24可以配置成使得熔融玻璃通过装置，之后被传递到心轴的空心内部14。在该情况下，装置24通常可包括传递管，其围绕有绝热材料，防止对装置的余下部分造成热损坏。理想地，装置24构造成使得心轴转动的速度至少约2rpm，更理想地，高至至少约20rpm。

设备10还包括传递装置26，其配置成将熔融玻璃传递到空心心轴的内侧表面。传递装置26可以是本领域已知适合用于传递熔融玻璃的任意装置，例如用于常规Danner工艺中将熔融玻璃传递到心轴外表面的那些。如上文所述，传递装置26可以配置成使其通过一部分的转动装置24。传递装置26在传递点30(其理想地位于心轴的上游端20或靠近心轴的上游端20)将熔融玻璃沉积到心轴的空心内部14中。心轴12配置成使得心轴的转动引起将熔融玻璃传递到心轴的内部14，以涂覆心轴的内表面16的圆周，理想地，这是紧接传递点30之后。

设备10还可包括外套或套筒32，其沿着心轴12的长度围绕其。在一些实施方式中，套筒32可以包括冷却元件34，冷却元件构造成当熔融玻璃沿着心轴12的长度向下游流动时对其进行冷却。冷却元件34可以包括例如热交换器或者一系列的热交换器。但是，对于一些应用，套筒内单独的热交换器可能不足以对在心轴的内表面16上流动的玻璃进行冷却，因为心轴壁自身会起到隔热作用阻碍冷却元件34的作用。

心轴12的实施方式可以包括心轴内(例如，心轴的壁内)的冷却元件36。该冷却元件36可以替代套筒的冷却元件34，或者可以与套筒的冷却元件34一前一后进行作用。冷却元件36配置成对心轴的内表面16提供一定程度的温度控制。如图4所示，冷却元件36可以提供冷却液体(例如水)或冷却气体(例如空气)在心轴12的壁中的循环。当采用高流量玻璃和/或心轴具有短长度时，冷却元件36可能对于玻璃流的冷却是特别有利的。

设备10还可包括装置42，其配置成将加压气体传递到心轴的空心内部14。气体传递装置42可以是本领域已知适合用于传递气体的任意装置，例如用于常规Danner工艺中将气体传递到心轴外表面的那些。如同将熔融玻璃传递到心轴的空心内部14，气体传递装置42可以配置成使其通过一部分的转动装置24，如图4所示。例如，装置42可以包括一个或多个孔，其位置相对于熔融玻璃传递装置26是径向向外的。

用于连续制造玻璃管预成形件的设备的另一个实施方式如图5所示。如图5所示，设备还可包括传递装置38，其配置成将熔融玻璃传递到心轴的外表面18。传递装置38可以是本领域已知适合用于传递熔融玻璃的任意装置，例如用于常规Danner工艺中将熔融玻璃传递到心轴外表面的那些。传递装置38在传递点40(其理想地位于心轴的上游端20或靠近心轴的上游端20)将熔融玻璃沉积到心轴的外表面18上。心轴12配置成使得心轴的转动引起将熔融玻璃传递到心轴的外表面18，以涂覆外表面18的圆周，理想地，这是紧接传递点40之后。

心轴12构造成使得重力会诱发熔融玻璃至少沿着传递点40(理想地，其位于心轴的上游端20或靠近心轴的上游端20处)与位于心轴的下游端22处的离开点之间的外表面18流动。在构造成使得熔融玻璃同时在心轴的内表面16和心轴的外表面18上流动的实施方式中，心轴的下游端22可以构造成在两个玻璃流离开心轴的那个点使得它们接合。例如，如图5所示，心轴的下游端或者根部端22可以配置成在尖端44终止。同时使得内表面16上的玻璃流与外表面18上的玻璃流在尖端44汇合，设备可以增强两个玻璃流的熔合在一起。

用于连续制造玻璃管预成形件的设备10的另一个实施方式如图6所示。如图6所示，心轴12可以构造成具有圆锥形形状，其中，心轴在上游端20处的直径大于心轴在下游端22处的直径。圆锥形构造可以通过如下心轴12来实现，其中，心轴壁厚沿其纵轴向下游移动降低。当设备构造成使得玻璃同时流动在心轴的内表面16和外表面18上的时候，具有圆锥形构造的心轴12可能是特别希望的。通过提供具有圆锥形构造的心轴12，能够使得心轴的内表面16和外表面18上的玻璃流朝向心轴22的下游端更为靠近在一起，从而降低产生尖端44所述的倾斜的尖锐度。

当心轴12是圆锥形时，有时可以以角度β的方式来描述收窄程度。可以通过确定心轴12在根部端22处的直径、心轴在传递点30处的直径以及这两点之间的心轴长度，来测量角度β。采用这些信息，然后可以采用如下等式来计算角度β：

在这些实施方式中，角度β可以约为0.5-5度，或者约为0.5-4度，或者约为0.5-3度。

用于连续制造玻璃管预成形件的设备10的另一个实施方式如图7所示。如图7所示，设备10构造成使得：传递装置26构造成将熔融玻璃传递到心轴的空心内部14，从而传递到心轴的内表面16，包括与如下传递装置的组合，该传递装置构造成将熔融玻璃传递到空心心轴的外表面38以及心轴壁中的一个或多个开口46，所述一个或多个开口构造成使得熔融玻璃从心轴的外表面18流动通过心轴12的壁并流到心轴的内表面16。理想地，所述一个或多个开口46位于传递点40或者紧接传递点40之后。一些实施方式包括多个开口46，其绕着心轴12的圆周基本均匀地间隔开。可以对开口的尺寸和间距进行选择，从而提供所需的玻璃流动进入心轴的空心内部14，进而提供所需的内表面16上的玻璃流，以及心轴的外表面18上所需的玻璃流。

可以特别适用于以现有常规Danner系统执行该构造。例如，采用该构造，能够通过简单地替换心轴12，将常规Danner系统升级成包含内表面16上的熔融玻璃流。

用于连续制造玻璃管预成形件的设备10的另一个实施方式如图8所示。如图8所示，设备10可构造成使得心轴的倾斜是准垂直的。例如，可以包含心轴12，使得心轴的纵轴28与水平之间形成的角度α约为55-90°，或者约为60-90°。心轴12倾斜成这些范围内的角度可能对于生产厚玻璃管和/或具有大直径的玻璃管是特别有用的。当采用低流量玻璃通过心轴12时，这可能也是特别有用的。

当角度α高于某一阈值时，变得难以实现心轴的内表面16的整个圆周上的一致和连续涂覆。因此，在一些实施方式中，特别是当高角度α时，心轴12可以包括内表面16，其包括第一部分(或传递部分)48和第二部分(或流动部分)50。

传递部分48向内朝向心轴的中心倾斜，从而为第一部分提供的相对于水平的角度ω低于角度α。传递部分48构造成使得角度ω低于阈值角度，在该阈值角度，通过熔融玻璃流对内表面16进行涂覆变得不一致和/或不连续。例如，在一些实施方式中，角度ω相对于水平小于60°，或者相对于水平小于55°。设备10构造成使得传递装置26将熔融玻璃传递到内表面的第一部分48。因此，随着熔融玻璃流沿着内表面的第一部分48移动，心轴12的转动导致熔融玻璃产生心轴的内表面16的圆周的一致和均匀涂覆。

流动部分50可以是倾斜的，以提供相对于水平的角度大于或等于角度α，从而提供准垂直心轴构造的益处。例如，流动部分50可以是倾斜的，以提供相对于水平的角度，其高于阈值角度，在该阈值角度，通过熔融玻璃流对内表面16进行涂覆变得不一致和/或不连续。这是因为内表面16的圆周已经由于第一部分48上的熔融玻璃的流动提供了一致和均匀的熔融玻璃涂层。例如，在一些实施方式中，通过内表面的第二部分50形成的角度相对于水平大于55°，或者相对于水平大于60°。如图8所示，包含内表面的第二部分50的心轴部分可以是圆柱形的。但是，在一些实施方式中，包含内表面的第二部分50的心轴部分也可以是圆锥形的。

用于连续制造玻璃管预成形件的设备10的另一个实施方式如图9所示。如上文关于心轴的内表面16的涂覆所述，当角度α高于某一阈值时，变得难以实现心轴的外表面18的整个圆周上的一致和连续涂覆。因此，在一些实施方式中，特别是当高角度α时，心轴12可以包括外表面18，其包括第一部分52(或传递部分)和第二部分54(或流动部分)。

第一部分52向外远离心轴的中心倾斜，从而为第一部分提供的相对于水平的角度γ低于角度α。第一部分52构造成使得角度γ低于阈值角度，在该阈值角度，通过熔融玻璃流对外表面18进行涂覆变得不一致和/或不连续。例如，在一些实施方式中，角度γ相对于水平小于60°，或者相对于水平小于55°。设备构造成使得传递装置38将熔融玻璃传递到外表面的第一部分52。因此，随着熔融玻璃流沿着外表面的第一部分52移动，心轴12的转动导致熔融玻璃产生心轴的外表面18的圆周的一致和均匀涂覆。

第二部分54可以是倾斜的，以提供相对于水平的角度大于或等于角度α，从而提供准垂直心轴构造的益处。例如，第二部分54可以是倾斜的，以提供相对于水平的角度，其高于阈值角度，在该阈值角度，通过熔融玻璃流对外表面18进行涂覆变得不一致和/或不连续。这是因为外表面18的圆周已经由于第一部分52上的熔融玻璃的流动提供了一致和均匀的熔融玻璃涂层。例如，在一些实施方式中，通过外表面的第二部分54形成的角度相对于水平大于55°，或者相对于水平大于60°。如图9所示，包含外表面的第二部分54的心轴部分可以是圆锥形的。但是，在一些实施方式中，包含外表面的第二部分54的心轴部分也可以是圆柱形的。

用于连续制造玻璃管预成形件的设备10的另一个实施方式如图10所示。如图10所示，设备10还可包括传递装置56，其配置成将额外的熔融玻璃流传递到心轴的外表面18。传递装置56可以是本领域已知适合用于传递熔融玻璃的任意装置，例如用于常规Danner工艺中将熔融玻璃传递到心轴外表面的那些。传递装置56构造成在传递点58传递熔融玻璃。如图10所示，传递点58位于传递点40的下游，在该处，传递装置38配置成向心轴的外表面18提供熔融玻璃流。因此，传递装置56配置成在心轴18的外表面上流动的熔融玻璃的表面上方传递和提供熔融玻璃流。

用于连续制造玻璃管的设备60的一个实施方式如图11所示。如图11所示，设备60包括根据任意上文所述实施方式连续制造玻璃管预成形件10的设备。设备60还包括构造成对离开心轴12的玻璃管预成形件进行拉制的装置64。拉制装置64可以包括本领域已知的适用于拉制玻璃管的任意装置。例如，在图11中，装置64显示为轮拉制机器。设备60还可包括装置66，其配置成将玻璃管预成形件从心轴12的离开处递送到拉制装置64。递送装置可以包括本领域已知的适用于递送玻璃管预成形件的任意装置。例如，在图11中，装置66显示为包括一系列的石墨辊。理想地，拉制装置64和递送装置66的位置和构造提供了距离62，离开心轴12的玻璃管预成形件通过该距离62具有悬链线布置。

本文所述的设备不限于上文具体所述的实施方式。相反地，可以包括、排除和组合上文所述实施方式的某些特征，以通过额外的未示出的实施方式，这会是本领域技术人员能够理解的。

用于制造高质量玻璃管的方法

本发明的另一个实施方式是用于连续制造具有高的光学透明度的玻璃管的方法。采用例如上文所述的那些设备并且小心地控制各种工艺参数，本发明的实施方式可以提供具有质朴内表面的玻璃管。此外，采用例如上文所述的设备并且小心地控制各种工艺参数，本发明的实施方式可以提供具有质朴内表面和质朴外表面的玻璃管。

在一些实施方式中，制造玻璃管的方法包括：形成玻璃管预成形件，以及拉制预成形件以获得玻璃管。形成玻璃管预成形件包括：在转动的空心心轴12的内表面16上提供熔融玻璃流，以及从心轴22的下游部分去除玻璃预成形件。

拉制玻璃管预成形件以获得玻璃管的工艺是本领域技术人员通常能够理解的。例如，在一些方法中，离开心轴12的玻璃管预成形件可以移动通过预成形件具有悬链线构造62的区域。在其传递通过该悬链线阶段期间，玻璃预成形件冷却至接近其软化点的温度。在悬链线阶段62之后，可以通过拉制机器64(例如，轮拉制机器)来递送玻璃管预成形件，在其中，玻璃被进一步冷却以提供固态玻璃管。在一些实施方式中，可以以约为3-10的拉制比来进行拉制。但是，应理解的是，通过本文所述实施方式的方法生产的玻璃管预成形件可以通过本领域技术人员已知的任意方法进行拉制从而获得玻璃管，例如用于常规Danner工艺或其变化形式的那些。

本发明的一些实施方式仅涉及形成玻璃管预成形件。应理解的是，这些实施方式的玻璃管预成形件可以通过本领域技术人员已知的任意方法进一步拉制从而获得玻璃管，包括但不限于上文大致描述的那些。

用于制造玻璃管预成形件的方法包括：在转动的空心心轴12的内表面16上提供熔融玻璃流，以及从心轴22的下游部分去除玻璃预成形件。将熔融玻璃流传递到转动的空心心轴12的内部14。

心轴12的转动导致熔融玻璃流以圆周状涂覆心轴的内侧表面16。整个过程中，心轴12的转动还避免了圆周热异常和/或流异常。如上文所述，心轴12的纵轴28相对于水平的倾斜角度为α。因此，由于重力，熔融玻璃流还纵向向下流过心轴12的内表面16，呈现管的形状。

为了提供具有高质量玻璃内表面的玻璃管，理想地，是将熔融玻璃流以低粘度传递到心轴的内表面16。理想地，提供到心轴内表面16的玻璃物流的粘度小于30kP，或者小于10kP。例如，提供到心轴内表面16的玻璃物流的粘度可以约为1-30kP，或者约为1-25kP，或者约为1-20kP，或者约为1-15kP，或者约为1-10kP，以及或者约为1-5kP。不希望受限于理论，相信使用低粘度流提供的玻璃流动可以愈合任意表面缺陷，从而提供高质量的光学表面。

当玻璃流沿着转动的心轴内侧表面16纵向流动时，其还发生冷却。随着玻璃在其向下流动过程中发生冷却，玻璃流的粘度增加。理想地，随着玻璃沿着心轴12纵向移动，逐渐地发生该过程。例如，玻璃的冷却速率可以是约为0.1-0.8℃/毫米心轴长度。可以通过围绕心轴的冷却元件34和/或通过位于心轴内的冷却元件36来对玻璃进行冷却。例如，位于心轴壁内的冷却元件36可以起到冷却心轴12的作用，从而当玻璃流向下流过壁的内表面16时，对其进行冷却。

玻璃流在心轴的根部端22的粘度必须足够高，以提供在从心轴12去除之后以及在后续拉制工艺期间具有稳定性的玻璃流。例如，当其离开心轴的根部端22时，玻璃物流的粘度可以约为80-500kP(千泊)，或者约为80-300kP，或者约为100-300kP，或者约为100-200kP。

还可以控制心轴12的转动速率，从而提供具有高光学质量表面的玻璃管。在一些实施方式中，理想地，心轴的转动速率约为2-20rpm(转每分钟)，或者约为2-15rpm，或者约为2-12rpm，或者约为2-10rpm，以及或者约为2-8rpm。

还可以控制沿着转动的心轴的内侧表面16纵向流动的玻璃流量，以提供稳定流动进而提供高质量的玻璃管。在一些实施方式中，玻璃流量约为20-800kg/h(千克每小时)，或者约为20-700kg/h，或者约为20-600kg/h，或者约为20-500kg/h，或者约为20-400kg/h，或者约为20-300kg/h，或者约为20-200kg/h，或者约为20-100kg/h。

在一些实施方式中，还可以通过向转动的心轴的内部空心处14提供气体，来控制玻璃管预成形件的壁厚，因而控制玻璃管的壁厚。通过在心轴的空心处内侧14提供气压，可以调节离开心轴12的玻璃管预成形件的壁厚，因而可以调节拉制的玻璃管的壁厚。在一些实施方式中，取决于所需的玻璃管厚度，气压可以约为1-1000Pa(帕斯卡)，或者约为1-500Pa，或者约为0-300Pa，或者约为1-200Pa。对于气体特性，很少(如果存在的话)有限制。例如，由于其低成本，气体可以是压缩空气。

通过提供对于转动的心轴的内侧表面16上的熔融玻璃的流动进行控制，可以以连续方式生产具有不含条状纹缺陷的内表面的玻璃管。采用上文所述实施方式生产的玻璃管还可具有一致厚度，变化小于5％或者小于2％。

在另一个实施方式中，还向转动的空心心轴的外表面18提供了熔融玻璃。类似于空心心轴的内侧表面16上的玻璃，心轴12的转动导致玻璃物流以圆周方式涂覆心轴的外表面16。认为转动还避免了圆周热异常和/或流异常。通过心轴12的角度所产生的重力还提供了纵向向下流过心轴的外表面18的玻璃流，从而玻璃呈现管形状。

当两个流离开心轴的下游端22时，在心轴的外表面18上流动的玻璃与在心轴的内表面16上流动的玻璃接合在一起。理想地，心轴12构造成使得流相互汇聚并在心轴的尖端44会接合到一起。

提供到心轴的外表面18的玻璃组成可以与提供到心轴的内表面16的玻璃组成是相同的。在其他实施方式中，提供到心轴的外表面18的玻璃组成可以与提供到心轴的内表面16的玻璃组成是不同的。内玻璃物流和外玻璃物流使用不同玻璃组合物，可以产生在其内表面和外表面之间具有不同性质的玻璃管。

例如，对于一些应用，心轴的外表面18上的玻璃(其形成玻璃管的外表面)的热膨胀系数可以低于心轴的内表面16上的玻璃(其形成玻璃管的内表面)。对于其他应用，心轴的外表面18上的玻璃(其形成玻璃管的外表面)的热膨胀系数可以高于心轴的内表面16上的玻璃(其形成玻璃管的内表面)。

提供使用不同热膨胀系数的玻璃仅仅是作为举例。可以对供给到心轴的内表面和外表面的单独玻璃进行单独的选择，从而提供任意性质组合，这会是本领域技术人员所能够理解的。例如，取决于应用，可能希望选择为玻璃管的内表面提供所需的与化学惰性相关性质的玻璃。对于其他应用，可能希望选择为玻璃管的外表面提供耐划痕性质的玻璃。

为了提供具有高质量玻璃外表面的玻璃管，理想地，是将熔融玻璃流以低粘度传递到心轴的外表面18。理想地，提供到心轴外表面18的玻璃物流的粘度小于30kP，或者小于10kP。例如，提供到心轴外表面18的玻璃物流的粘度可以约为1-30kP，或者约为1-25kP，或者约为1-20kP，或者约为1-15kP，或者约为1-10kP，以及或者约为1-5kP。

当玻璃流沿着转动的心轴外表面18纵向流动时，其还发生冷却。随着玻璃在其向下流动过程中发生冷却，玻璃流的粘度增加。理想地，随着玻璃沿着心轴12纵向移动，逐渐地发生该过程。例如，玻璃的冷却速率可以是约为0.1-0.8℃/毫米心轴长度。可以通过围绕心轴的冷却元件34和/或通过位于心轴内的冷却元件36来对玻璃进行冷却。例如，位于心轴壁内的冷却元件36可以起到冷却心轴12的作用，从而当玻璃流向下流过壁的外表面18时，对其进行冷却。

玻璃流在心轴的根部端22的粘度必须足够高，以提供在从心轴12去除之后以及在后续拉制工艺期间具有稳定性的玻璃流。例如，当其离开心轴的根部端22的外表面18时，玻璃物流的粘度可以约为80-500kP，或者约为80-300kP，或者约为100-300kP，或者约为100-200kP。

还可以控制沿着转动的心轴的外表面18纵向流动的玻璃流量，以提供稳定流动进而提供高质量的玻璃管。在一些实施方式中，玻璃流量约为20-800kg/h(千克每小时)，或者约为20-700kg/h，或者约为20-600kg/h，或者约为20-500kg/h，或者约为20-400kg/h，或者约为20-300kg/h，或者约为20-200kg/h，或者约为20-100kg/h。

在一些实施方式中，沿着转动的心轴的外表面18的玻璃流量可以与沿着转动的心轴的内表面16的玻璃流量基本相同。在其他实施方式中，可能希望沿着心轴的外表面18的流量大于心轴的内表面16的流量或者沿着心轴的外表面18的流量小于心轴的内表面16的流量。

例如，当心轴外表面上的玻璃组成不同于心轴内表面上的玻璃组成时，使用在心轴的外表面18上的流量不同于心轴的内表面16上的流量可能是特别有用的。通过选择和控制心轴的外表面18和心轴的内表面16上的玻璃流量，可以控制生产的玻璃管中的不同层的厚度。

在一些实施方式中，还可以通过向绕着转动的心轴的外表面18提供气体，来控制玻璃管预成形件的壁厚，因而控制玻璃管的壁厚。提供绕着心轴的外表面18提供气压，可以调节最终玻璃管的壁厚。在一些实施方式中，取决于所需的玻璃管壁厚，气压可以约为1-1000Pa，或者约为1-500Pa，或者约为0-300Pa，或者约为1-200Pa。

通过提供对于转动的心轴的外表面18上的熔融玻璃的流动进行控制，可以以连续方式生产具有不含条状纹缺陷的外表面的玻璃管。通过提供对于转动的心轴的内表面16和外表面18这两者上的熔融玻璃的流动进行控制，可以以连续方式生产不含条状纹缺陷的玻璃管。采用上文所述实施方式生产的玻璃管还可具有一致厚度，变化小于5％或者小于2％。

在另一个实施方式中，还向转动的心轴的外表面18提供了额外的熔融玻璃流。该额外的熔融玻璃流配置成为玻璃管提供外包覆层。因此，该额外的熔融玻璃流是在位于心轴的外表面18上的初始玻璃流的下游提供的，并且配置成保持明显地位于心轴的外表面上的初始玻璃流的顶部上。

该额外的熔融玻璃流至少与心轴的外表面18上的初始玻璃流的组成是不同的。该额外的熔融玻璃流也可以与心轴的内表面16上的玻璃流的组成是不同的。采用该实施方式，可以连续地生产具有三层结构的玻璃管。可以通过控制心轴12上的各个玻璃流的流量来控制构成管材的三层的相对厚度，如上文所述。

实施例

通过以下实施例进一步阐述各个实施方式。

实施例1

采用设备10(例如如图4所示)，包含相对于水平呈约为20度角度的圆柱形管的空心心轴12以约为5rpm的速率转动。将熔融玻璃的连续流传递到转动的空心心轴的内部14，从而使得熔融玻璃接触并涂覆心轴的内侧表面16。在传递点30的玻璃粘度约为4.4kP。在传递点30的熔融玻璃的粘度约为1100℃。玻璃以约为30kg每小时的流量纵向向下流过心轴的内侧表面16。从心轴的根部端22取出管预成形件，并采用上文所述的常规工艺进行拉制以产生玻璃管。然后通过影像法对玻璃管的内侧表面进行测试，在管的外侧表面上使用折射率匹配油，显示没有条状纹缺陷。

实施例2

采用设备10(例如如图4所示)，相对于水平呈约为45度角度的空心心轴12以约为5rpm的速率转动。将熔融玻璃的连续流传递到转动的空心心轴的内部14，从而使得熔融玻璃接触并涂覆心轴的内侧表面16。在传递点30的玻璃粘度约为4.4kP。在传递点30的熔融玻璃的温度约为1100℃。玻璃以约为30kg每小时的流量纵向向下流过心轴的内侧表面16。从心轴的根部端22取出管预成形件，并采用上文所述的常规工艺进行拉制以产生玻璃管。然后通过影像法对玻璃管的内侧表面进行测试，在管的外侧表面上使用折射率匹配油，显示没有条状纹缺陷。

实施例3

采用设备10(例如如图8所示)，相对于水平呈约为60度角度的空心心轴12以约为5rpm的速率转动。将熔融玻璃的连续流传递到转动的空心心轴的内部14，从而使得熔融玻璃接触并涂覆心轴的内侧表面16。在传递点30的玻璃粘度约为4.4kP。在传递点30的熔融玻璃的温度约为1100℃。玻璃以约为30kg每小时的流量纵向向下流过心轴的内侧表面16。从心轴的根部端22取出管预成形件，并采用上文所述的常规工艺进行拉制以产生玻璃管。然后通过影像法对玻璃管的内侧表面进行测试，在管的外侧表面上使用折射率匹配油，显示没有条状纹缺陷。

实施例4

采用设备10(例如如图5所示)，包含直径约为160mm和壁厚约为2mm的圆柱形管的空心心轴12会相对于水平呈约为45度角度，并且以约为5rpm的速率转动。会将熔融玻璃的连续流传递到转动的空心心轴的内部14，从而使得熔融玻璃接触并涂覆心轴的内侧表面16。在达到心轴内侧表面的传递点30处的玻璃粘度会是约为5kP。

同时，会将熔融玻璃的连续流传递到转动的空心心轴的外表面18，从而使得熔融玻璃接触并涂覆心轴的外侧表面。在达到心轴外侧表面的传递点40处的玻璃粘度也会是约为5kP。

玻璃会以约为60kg每小时的流量纵向向下流过心轴的内侧表面16和心轴的外侧表面18。从心轴的根部端22会连续地流出管预成形件，所处的粘度约为150kP。会采用上文所述的常规工艺连续地拉制预成形件，以产生玻璃管。会经由影像法测试玻璃管，并且预期在内表面或外表面中的任一者上都没有条状纹缺陷。

对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不偏离本发明的范围或精神的情况下对本发明进行各种修改和变动。

Claims (38)

1.一种制造玻璃管的方法，该方法包括：

在转动的空心心轴的内表面上提供熔融玻璃流；

从所述转动的空心心轴的下游部分取出玻璃管预成形件；以及

拉制所述预成形件以获得玻璃管。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供的所述熔融玻璃流的粘度小于30kP。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，提供的所述熔融玻璃流的粘度小于10kP。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述心轴的熔融玻璃的流量约为20-800kg/h。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述心轴限定了纵轴，以及所述纵轴相对于水平所呈现的角度约为5-90度。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将加压气体引入所述转动的空心心轴的内部中。

7.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

在所述转动的空心心轴的外表面上提供熔融玻璃流；以及

其中，从所述心轴的下游部分取出所述玻璃管预成形件还包括：使得来自所述心轴的内表面的玻璃流与来自所述心轴的外表面的玻璃流接合。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述心轴的外表面上的玻璃的组成不同于所述心轴的内表面上的玻璃。

9.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括：提供配置成提供外包覆层的熔融玻璃流，其中，配置成提供外包覆层的玻璃的组成不同于所述心轴的外表面上的玻璃。

10.一种用于制造玻璃管的设备，所述设备包括：

心轴，所述心轴包括外表面和空心内部，所述空心内部受到内表面的限定，以及所述心轴限定了纵轴；

传递装置，其构造成将熔融玻璃传递到所述心轴的内表面；以及

构造成使得所述心轴转动的装置；

其中，所述设备构造成使得玻璃纵向流动到位于所述心轴的下游端的离开点。

11.如权利要求10所述的设备，所述设备还包括配置成将气体传递到所述心轴的空心内部的装置。

12.如权利要求10所述的设备，所述设备还包括配置成对所述心轴的内表面进行冷却的冷却装置。

13.如权利要求12所述的设备，所述冷却装置包括位于所述心轴的壁中的冷却元件。

14.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述心轴是圆柱形的。

15.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述心轴是圆锥形的。

16.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述长轴与水平形成约为45度至约为90度之间的角度。

17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述心轴的内表面包括第一部分和第二部分，以及其中，

所述心轴的内表面的所述第一部分向内倾斜以提供相对于水平的角度，该角度小于所述纵轴形成的角度。

18.如权利要求10所述的设备，所述设备还包括传递装置，其配置成将熔融玻璃传递到所述空心心轴的外表面；以及

其中，所述设备还配置成使得玻璃在所述心轴的下游端流出所述心轴的外表面。

19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，配置成将熔融玻璃传递到所述空心心轴的内侧表面的所述传递装置包括：

构造成将熔融玻璃传递到所述心轴的外表面的装置；以及

心轴壁内的一个或多个开口，所述一个或多个开口构造成使得熔融玻璃从所述心轴的外表面流到所述心轴的内表面。

20.如权利要求18所述的设备，其特征在于，

所述纵轴相对于水平形成约为45-90的角度，以及所述心轴构造成：

所述心轴的外表面包括第一部分和第二部分；以及

所述心轴的外表面的所述第一部分向外倾斜以提供相对于水平的角度，该角度小于所述纵轴形成的角度。

21.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述心轴以约为2-20转每分钟的速率转动。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述心轴以约为2-10转每分钟的速率转动。

23.如权利要求1所述的方法，其特征在于，离开所述心轴的下游部分的熔融玻璃管预成形件的粘度约为80-300kP。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，离开所述心轴的下游部分的熔融玻璃管预成形件的粘度约为100-200kP。

25.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括在所述空心心轴内提供气流。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述空心心轴内的气流压力约为1-1000Pa。

27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述空心心轴内的气流压力约为1-500Pa。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述空心心轴内的气流压力约为1-300Pa。

29.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃管具有基本不含条状纹缺陷的内表面。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述玻璃管具有质朴内表面。

31.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述玻璃管具有基本不含条状纹缺陷的外表面。

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述玻璃管具有质朴外表面。

33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述玻璃管具有基本不含条状纹缺陷的内表面。

34.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述玻璃管具有质朴内表面。

35.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃管的外直径约为10-60mm。

36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，所述玻璃管的壁厚约为0.5-2mm。

37.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃管的厚度变化小于5％。

38.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃管的厚度变化小于2％。